Java 高并发七：并发设计模型详解

不变性 private final String name; private final double price; public Product(String name, double price) { this.name = name; this.price = price; } // 不提供修改状态的方法，只提供getter public String getName() { return name; } public double getPrice() { return price; } // 重写equals和hashCode，确保比较的是对象的内容而不是引用 override public boolean equals(Object obj) { if (this == obj) return true; if (obj == null || getClass() != obj.getClass()) return false; Product product = (Product) obj; return Double.compare(product.price, price) == 0 && name.equals(product.name); } @Override public int hashCode() { return Objects.hash(name, price); } } 在不变模式中，对象一旦创建，其内部状态就不能改变。这提高了线程安全性，因为不需要担心并发更新引发的问题。同时，不变对象也可以作为线程安全的构建块用于构建更复杂的并发系统。 4. Future模式 Future模式允许启动一个异步操作并立即返回一个表示该操作的Future对象。当异步操作完成时，可以通过Future对象获取结果。在Java中，`java.util.concurrent.Future`接口代表一个异步计算的结果。以下是一个简单的例子： ```java import java.util.concurrent.*; ExecutorService executor = Executors.newFixedThreadPool(1); Future future = executor.submit(new Callable() { @Override public Integer call() throws Exception { Thread.sleep(1000); // 模拟耗时操作 return 100; } }); // 这里可以做其他事情，不阻塞主线程 try { System.out.println("Future result: " + future.get()); // 获取异步操作的结果 } catch (InterruptedException | ExecutionException e) { e.printStackTrace(); } finally { executor.shutdown(); // 关闭线程池 } ``` 在Future模式中，调用`get()`方法会阻塞，直到计算完成。如果不想阻塞，可以使用`isDone()`检查任务是否完成，或者使用`get(long timeout, TimeUnit unit)`设置超时时间。 5. 生产者消费者模式 生产者消费者模式是一种多线程协作的设计模式，用于解决生产者和消费者之间的工作协同问题。生产者负责产生资源，而消费者负责消费资源。Java中的`BlockingQueue`接口提供了很好的支持，例如`ArrayBlockingQueue`。 ```java import java.util.concurrent.*; class Producer implements Runnable { private final BlockingQueue queue; public Producer(BlockingQueue queue) { this.queue = queue; } @Override public void run() { for (int i = 0; i < 10; i++) { try { queue.put(i); Thread.sleep(100); // 模拟生产速度 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } class Consumer implements Runnable { private final BlockingQueue queue; public Consumer(BlockingQueue queue) { this.queue = queue; } @Override public void run() { while (true) { try { System.out.println("Consumed: " + queue.take()); Thread.sleep(200); // 模拟消费速度 } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } } public class Main { public static void main(String[] args) { BlockingQueue queue = new ArrayBlockingQueue<>(10); Thread producerThread = new Thread(new Producer(queue)); Thread consumerThread = new Thread(new Consumer(queue)); producerThread.start(); consumerThread.start(); try { producerThread.join(); consumerThread.join(); } catch (InterruptedException e) { e.printStackTrace(); } } } ``` 在这个例子中，`BlockingQueue`作为共享资源，生产者将元素放入队列，而消费者从队列中取出元素。`put()`和`take()`方法会自动处理线程同步，避免了竞态条件。 总结来说，Java的并发设计模型包括了多种策略，如单例模式保证对象的唯一性，不变模式确保对象状态不可变以提升线程安全，Future模式支持异步操作的执行与结果获取，以及生产者消费者模式协调不同线程间的任务执行。理解并灵活运用这些模式对于构建高效的并发应用程序至关重要。